CN109604611A - 一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 - Google Patents
一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109604611A CN109604611A CN201910017530.XA CN201910017530A CN109604611A CN 109604611 A CN109604611 A CN 109604611A CN 201910017530 A CN201910017530 A CN 201910017530A CN 109604611 A CN109604611 A CN 109604611A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- entropy alloy
- powder
- gear
- corrosion
- wear
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 67
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 58
- 238000000498 ball milling Methods 0.000 claims abstract description 32
- 229910018540 Si C Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 13
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000005121 nitriding Methods 0.000 claims description 24
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 11
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims description 9
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 6
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 6
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims description 6
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 abstract description 6
- 150000004767 nitrides Chemical group 0.000 abstract description 4
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 10
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 6
- 239000003570 air Substances 0.000 description 5
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 5
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 4
- 238000003701 mechanical milling Methods 0.000 description 4
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 4
- 210000001787 dendrite Anatomy 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 2
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- -1 high rigidity Chemical compound 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
- B22F5/08—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product of toothed articles, e.g. gear wheels; of cam discs
-
- B22F1/0003—
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C30/00—Alloys containing less than 50% by weight of each constituent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C32/00—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ
- C22C32/0047—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents
- C22C32/0052—Non-ferrous alloys containing at least 5% by weight but less than 50% by weight of oxides, carbides, borides, nitrides, silicides or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides, whether added as such or formed in situ with carbides, nitrides, borides or silicides as the main non-metallic constituents only carbides
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/08—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases only one element being applied
- C23C8/24—Nitriding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
- B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
- B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
- B22F2009/043—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by ball milling
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
- B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
- B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
- Gears, Cams (AREA)
Abstract
本发明公开了一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，选择单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni‑Cr‑B‑Si‑C按一定比例进行球磨混合制备高熵合金粉末，采用温压制成毛坯，然后在齿轮成型模具中压制齿轮，经表面渗氮后，可以形成心部以固溶体为主的AlCoFeMnNi高熵合金，而表面为氮化物（AlN、CrN）增强的高熵合金层，具有较高的耐磨性和耐蚀性，该齿轮可用于磨损、腐蚀的场合。
Description
技术领域
本发明属于粉末冶金领域，特别涉及采用粉末冶金制作高熵合金齿轮的方法。
背景技术
在工程机械、航空航天、汽车、地质勘探等工业中，大量零部件处在磨损、腐蚀等条件下，为提高其耐磨性、耐蚀性，通常采用表面改性或制备涂层的方法。尤其是在腐蚀介质环境下，齿轮在工作过程中应力较大，需要承受较大的磨损和腐蚀，为了提高齿轮工作的稳定性，齿轮材料应具备较高的硬度、耐磨性和耐蚀性。高熵合金由近等摩尔比五种以上的元素的组元组成，因其能够形成固溶体，避免了大量的不可控的脆性化合物，使其具有一些传统合金所无法比拟的优异机械性能，如高硬度、高韧性、高耐磨、耐腐蚀性、高强度等。目前高熵合金多采用冶炼的方法制作材料，制造零件需要再进一步机械加工，高熵合金的高性能导致加工难度大。因此传统方法制造高熵合金零部件成本较高。采用粉末冶金方法具有节省材料，效率高，制造的零件具有组织均匀、成分均匀的优点，在制备中小型齿轮或其他的复杂零件具有明显的优点。本发明的Ni-Cr-B-Si为常用的热喷涂或熔覆合金材料，其增强相为(Cr, Fe)7C3，耐磨性和工艺性等较好，高熵合金固溶有大量的Cr和Al，使得材料具有较好的耐蚀性。粉末冶金采用合金化的Ni-Cr-B-Si能够降低烧结温度和加快烧结过程中的扩散速度。
采用粉末冶金的方法制造齿轮或小型复杂零件，由于粉末冶金在烧结过程中温度较低，因此各种粉末之间有一定的扩散，对于5种主要组元实现合金化形成固溶体，能够形成避免粗大的脆性的化合物相，用于制造形状复杂的零部件，可以实现少切削或无切削，因此能够降低制造成本。
发明内容
本发明通过在Mn、Co、Fe、Al粉末基础上添加一定量的预合金粉Ni-Cr-B-Si-C，使合金达到5种主要组元进而能够形成高熵合金或固溶体，在烧结过程中Ni-Cr-B-Si-C形成的液相使粉末冶金烧结制品致密，在零件心部形成高韧性、高强度的高熵合金，然后通过渗氮，N与Al、Cr反应在零件表面形成氮化物，进而在表层形成氮化物增强的高熵合金，最终制成表面耐磨耐蚀、心部为碳化物增强AlCoFeMnNi的高熵合金的齿轮。
本发明采用粉末冶金的方法制造高熵合金齿轮，制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末。其中，单质金属粉Al、Mn、Co、Fe的纯度为99.5~100%，粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为：10~12：22~25：22~23：22~23：20~25。采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3~3.5∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为 300~350 r/min，倒向频率 30~45 Hz，进行球磨混合时间为90~120分钟。
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末在压力为135~150 kN、保压时间为3~8min、温度为250~350℃的条件下采用压机进行温压，温压制成直径为5~200mm、高度为5~100mm的齿轮坯料。
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料，在压机工作区域采用Ar气体保护的情况下感应加热到850℃~890℃，保温2~18分钟，再快速移入压力为300 kN ~400 kN的模具内压制，保压时间1~3 min，热压成型为高熵合金齿轮。
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为20 Pa ~50Pa，氨气分解率为20~40 %，加热温度约520~700℃，渗氮时间1~3小时。完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
本发明的有益效果：
（1）本发明的工艺方法采用添加Ni-Cr-B-Si-C的Al、Mn、Co、Fe粉末冶金，在烧结过程中形成碳化物增强的高熵合金，在表面进行渗氮能够充分利用其扩散速度慢而形成弥散分布的氮化物，使齿轮具有更高的韧性、强度和耐磨性。
（2）本发明采用的粉末中含有碳化物Cr7C3经球磨后得到细化，在后续的烧结过程中弥散分布于高熵合金，具有良好的韧性和强度。
具体实施方式
实施例1：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末；单质金属粉Al、Mn、Co、Fe纯度为99.5~100%，粉末粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为：10：22：22：22：20。球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3∶1，密封后打开真空阀抽真空20分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为 300 r/min，倒向频率 30Hz，进行球磨混合时间为90分钟。
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末，采用压机在压力为135 kN、保压时间为3 min、温度为250℃的条件下，温压制成直径为5mm、高度在5mm的齿轮坯料。
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料，在压机工作区域采用Ar气保护的情况下感应加热到850℃，保温2分钟，再快速移入压力为300 kN的模具内压制，保压时间1 min，热压成型高熵合金齿轮；
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为20 Pa，氨气分解率为20%，加热温度约520℃，渗氮时间1小时。完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
经实验表明，采用粉末冶金制造Al CoFeMnNi基高熵合金，通过球磨细化了晶粒，并有部分实现合金化，同时，在球磨过程中Ni-Cr-B-Si-C中的Cr7C3得到细化，在烧结过程中只有少量液相的形成，其有利于使烧结制品致密化，最后在心部形成了韧性和强度优异的固溶体基体（面心立方晶体和少量体心立方结构），经过渗氮后在表面形成了弥散分布的AlN，提高了表面的硬度和耐蚀性。采用这种方法，避免了齿轮等形状复杂零件的切削加工，而且齿轮的性能良好。
实施例2：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末；单质金属粉Al、Mn、Co、Fe纯度为99.5~100%，粉末粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为： 12：25：23： 23： 25。球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3.5∶1，密封后打开真空阀抽真空30分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为350 r/min，倒向频率45 Hz，进行球磨混合时间为120分钟。
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末采用压机在压力为150 kN、保压时间为8min、温度为350℃的条件下，温压制成直径为200mm、高度为80mm的齿轮坯料。
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料，在压机工作区域Ar气保护的情况下感应加热到890℃，保温18分钟，再快速移入压力为400 kN的模具内压制，保压时间3 min，热压成型为高熵合金齿轮；
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为50Pa，氨气分解率为40%，加热温度约700℃，渗氮时间3小时。完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
经实验表明，采用粉末冶金制造Al CoFeMnNi基高熵合金，在球磨过程中Ni-Cr-B-Si-C中的Cr7C3得到细化，在烧结过程中只有少量液相的形成，不会形成粗大的树枝晶，少量液相有利于使烧结制品致密化，最后在心部形成了韧性和强度优异的基体，经过渗氮后提高了表面的硬度和耐蚀性。采用这种方法，避免了齿轮等形状复杂零件的切削加工，而且齿轮的性能良好。
实施例3：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末；单质金属粉Al、Mn、Co、Fe纯度为99.5~100%，粉末粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为：11：23：23：23：24。球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3.2∶1，密封后打开真空阀抽真空25分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为320 r/min，倒向频率 35 Hz，进行球磨混合时间为100分钟。
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末采用压机在压力为140 kN、保压时间为8min、温度为370℃的条件下，温压制成直径为50mm、高度为20mm的齿轮坯料。
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料，在压机工作区域Ar气体保护的情况下感应加热到870℃，保温15分钟，再快速移入压力为350 kN的模具内压制，保压时间2 min，热压成型高熵合金齿轮；
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为30Pa，氨气分解率为30 %，加热温度约600℃，渗氮时间2小时。完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
经实验表明，采用粉末冶金制造Al CoFeMnNi基高熵合金，在球磨过程中已经使得Ni-Cr-B-Si-C中的Cr7C3细化，在烧结过程中没有大量液相的凝固，不会形成粗大的树枝晶，因此在心部形成了韧性和强度优异的基体，经过渗氮后进一步提高了表面的硬度和耐蚀性。采用这种方法，避免了齿轮等形状复杂零件的切削加工，而且齿轮的性能良好。
实施例4：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末；单质金属粉Al、Mn、Co、Fe纯度为99.5~100%，粉末粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为：11：23：22：23：25。球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3.3∶1，密封后打开真空阀抽真空30分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为300 r/min，倒向频率 40 Hz，进行球磨混合时间为110分钟。
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末采用压机在压力为140 kN、保压时间为5min、温度为350℃的条件下，温压制成直径为100mm、高度为40mm的齿轮坯料。
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料，在压机工作区域Ar气体保护的情况下感应加热到880℃，保温8分钟，再快速移入压力为370 kN的模具内压制，保压时间2 min，热压成型高熵合金齿轮；
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为30Pa，氨气分解率为30 %，加热温度约600℃，渗氮时间2小时。完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
经实验表明，采用粉末冶金制造AlCoFeMnNi基高熵合金，在球磨过程中使得Ni-Cr-B-Si-C中的Cr7C3细化，在烧结过程中没有大量液相的凝固，不会形成粗大的树枝晶，细化的Cr7C3弥散分布于制品，在心部形成了韧性和强度优异的基体，经过渗氮后进一步提高了表面的硬度和耐蚀性。采用这种方法，避免了齿轮等形状复杂零件的切削加工，而且齿轮的性能良好。
Claims (7)
1.一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于，所述的制作方法包括下述工艺步骤：
步骤一、将单质金属粉Al、Mn、Co、Fe和预合金粉Ni-Cr-B-Si-C按一定比例进行球磨混合，实现合金化，制备高熵合金粉末；
步骤二、将步骤一球磨后的高熵合金粉末在压机上温压制成齿轮坯料；
步骤三、将步骤二中的齿轮坯料热压成型为齿轮；
步骤四、将步骤三高熵合金齿轮进行渗氮，完成渗氮后，即可获得所需的耐磨耐蚀高熵合金齿轮。
2.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的单质金属粉Al、Mn、Co、Fe，其纯度为99.5~100%，粉末粒径为10~50μm；预合金粉Ni-Cr-B-Si-C中各种元素质量比组成为：C为0.6~1.2%，Cr为17~21%，B为2.5~4.5%，Si为3-4.5%，Ni为70~77%，其粒度为5~50μm；其中Al、Mn、Co、Fe、Ni-Cr-B-Si-C的质量百分比为：10~12：22~25：22~23：22~23：20~25。
3.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的球磨混合是采用钢制球磨罐进行球磨混合，其中磨球与高熵合金粉末的质量比为3~3.5∶1，密封后打开真空阀抽真空20~30分钟，然后将球磨罐放入行星式球磨机，转速为 300~350 r/min，倒向频率 30~45 Hz，进行球磨混合时间为90~120分钟。
4.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的齿轮坯料的直径为5~200mm，高度为5~100mm。
5.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的温压，其具体工艺压力为135~150 kN，保压时间为3~8 min，温度为250~350℃。
6.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的热压成型，其工艺为在压机工作区域有Ar气体保护的情况下感应加热到850℃~890℃，保温2~18分钟，并快速移入模具内压制，压力为300 kN ~400 kN，保压时间1 min ~3 min，压制完成得到高熵合金齿轮。
7.如权利要求1所述的一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法，其特征在于：所述的渗氮，其加热炉中采用的保护气氛是分解氨气产生的氮气和氢气，气压为20Pa ~50Pa，氨气分解率为20~40 %，加热温度约520~700℃，渗氮时间1~3小时。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910017530.XA CN109604611B (zh) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | 一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910017530.XA CN109604611B (zh) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | 一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109604611A true CN109604611A (zh) | 2019-04-12 |
| CN109604611B CN109604611B (zh) | 2021-02-19 |
Family
ID=66015634
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910017530.XA Active CN109604611B (zh) | 2019-01-09 | 2019-01-09 | 一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109604611B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110802220A (zh) * | 2019-11-17 | 2020-02-18 | 苏州科技大学 | 一种大曲率壁板的蠕变时效成形方法 |
| CN110983144A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种氮化物强化高熵合金及其制备方法 |
| CN111468715A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-07-31 | 荆州九菱科技股份有限公司 | 一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置 |
| CN115301943A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 | 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法 |
| RU2821178C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-06-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ получения объемных изделий из высокоэнтропийного сплава, легированного азотом, методом селективного лазерного плавления |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106637062A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-05-10 | 太原理工大学 | 一种制备高熵合金表面离子渗氮层的方法 |
| CN106976023A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-25 | 苏州科技大学 | 一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的方法 |
| CN107012347A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-04 | 苏州科技大学 | 一种高熵合金烧结金刚石节块 |
| CN107130125A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-09-05 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高熵合金的制备方法 |
| US20170314097A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same |
| CN108380892A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-10 | 武汉理工大学 | 一种陶瓷/高熵合金叠层材料及其制备方法 |
| CN108624797A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-09 | 中原工学院 | 一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法 |
-
2019
- 2019-01-09 CN CN201910017530.XA patent/CN109604611B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20170314097A1 (en) * | 2016-05-02 | 2017-11-02 | Korea Advanced Institute Of Science And Technology | High-strength and ultra heat-resistant high entropy alloy (hea) matrix composites and method of preparing the same |
| CN106637062A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-05-10 | 太原理工大学 | 一种制备高熵合金表面离子渗氮层的方法 |
| CN106976023A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-07-25 | 苏州科技大学 | 一种感应加热高熵合金钎焊单层金刚石砂轮的方法 |
| CN107012347A (zh) * | 2017-03-31 | 2017-08-04 | 苏州科技大学 | 一种高熵合金烧结金刚石节块 |
| CN107130125A (zh) * | 2017-04-27 | 2017-09-05 | 中国科学院兰州化学物理研究所 | 一种高熵合金的制备方法 |
| CN108380892A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-08-10 | 武汉理工大学 | 一种陶瓷/高熵合金叠层材料及其制备方法 |
| CN108624797A (zh) * | 2018-05-03 | 2018-10-09 | 中原工学院 | 一种制作刀具的高熵合金材料及其制备方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110802220A (zh) * | 2019-11-17 | 2020-02-18 | 苏州科技大学 | 一种大曲率壁板的蠕变时效成形方法 |
| CN110983144A (zh) * | 2019-11-28 | 2020-04-10 | 中国科学院金属研究所 | 一种氮化物强化高熵合金及其制备方法 |
| CN110983144B (zh) * | 2019-11-28 | 2021-11-09 | 中国科学院金属研究所 | 一种氮化物强化高熵合金及其制备方法 |
| CN111468715A (zh) * | 2020-06-03 | 2020-07-31 | 荆州九菱科技股份有限公司 | 一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置 |
| CN111468715B (zh) * | 2020-06-03 | 2022-02-15 | 荆州九菱科技股份有限公司 | 一种制备粉末冶金驱动齿轮的生产工艺及其制备装置 |
| CN115301943A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-11-08 | 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 | 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法 |
| CN115301943B (zh) * | 2022-07-21 | 2024-04-23 | 深圳市中金岭南有色金属股份有限公司凡口铅锌矿 | 一种矿用耐磨抗冲击长寿命截齿的制备方法 |
| RU2821178C1 (ru) * | 2023-12-26 | 2024-06-17 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" (ФГАОУ ВО "СПбПУ") | Способ получения объемных изделий из высокоэнтропийного сплава, легированного азотом, методом селективного лазерного плавления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109604611B (zh) | 2021-02-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109604611A (zh) | 一种粉末冶金制备耐磨耐蚀高熵合金齿轮的成型方法 | |
| CN109848420B (zh) | 一种440c不锈钢金属粉末注射成形方法及其制品 | |
| JP5671526B2 (ja) | 高強度低合金焼結鋼 | |
| JP3351970B2 (ja) | 改良された金属−金属摩耗抵抗を持つ腐食抵抗高バナジウム粉末冶金工具鋼物体及びその製造法 | |
| CN102498227B (zh) | 轴承钢 | |
| JP2019523821A (ja) | プラスチック成形用金型に適した鋼材 | |
| JP2012507636A (ja) | 耐摩耗性コーティングの表面領域を有する複合製品の製造方法、そのような製品、およびそのコーティングを得るための鋼材の使用 | |
| KR20170054516A (ko) | 예합금 철계 분말, 예합금 철계 분말을 포함하는 철계 분말 혼합물, 및 철계 분말 혼합물로부터 가압성형 및 소결된 컴포넌트들을 제조하기 위한 방법 | |
| KR101345982B1 (ko) | 분말야금에 의한 기계부품의 제조 방법 | |
| JP5045972B2 (ja) | 粉末冶金で製造された高速度鋼 | |
| CN106834872A (zh) | 一种高强韧高耐磨TiN钢结硬质合金的制备方法 | |
| CN105925918B (zh) | 一种氧化铝‑碳化硅晶须增强冷作模具钢材料的制备方法 | |
| AU615756B2 (en) | Application of an iron-base alloy for powder metallurgical production of parts with high corrosion resistance high resistance to wear as well as high strength and resistance to pressure, in particular in the processing of plastics | |
| KR102417003B1 (ko) | 냉간 가공 공구 강 | |
| EP1129229A1 (en) | Steel, use of the steel, product made of the steel and method of producing the steel | |
| CN106868385A (zh) | 一种高强韧高耐磨TiC/TiN钢结硬质合金的制备方法 | |
| CN106834864A (zh) | 一种高强韧超高锰钢基TiC/TiN钢结硬质合金的制备方法 | |
| CN114318135A (zh) | 耐磨损高速钢 | |
| CN110193598B (zh) | 一种制造奥氏体铁合金的方法 | |
| JP3572078B2 (ja) | 焼結部品を製造する方法 | |
| CN106591674A (zh) | 一种高强韧耐热TiN钢结硬质合金的制备方法 | |
| CA3132343C (en) | Iron-based mixed powder for powder metallurgy and iron-based sintered body | |
| CN104264061B (zh) | 一种汽车发动机锻件及其锻造方法 | |
| CN102560241A (zh) | 一种粉末冶金材料 | |
| JP5016172B2 (ja) | 高疲労強度・高剛性鋼およびその製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220617 Address after: 529000 one of the plants in qilongshan section of Nanbei Avenue, Duruan Town, Pengjiang district, Jiangmen City, Guangdong Province Patentee after: Jiangmen Dingen New Material Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 1009, No.1, langrong Road, Xinshi community, Dalang street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee before: Shenzhen Hongtu Technology Service Co.,Ltd. Effective date of registration: 20220617 Address after: 518000 1009, No.1, langrong Road, Xinshi community, Dalang street, Longhua District, Shenzhen City, Guangdong Province Patentee after: Shenzhen Hongtu Technology Service Co.,Ltd. Address before: 215009 CREE Road, Suzhou hi tech Zone, Suzhou, Jiangsu Province, No. 1 Patentee before: SUZHOU University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY |